Question

【題目】固定利用CO2對減少溫室氣體排放意義重大。CO2加氫合成甲醇是CO2綜合利用的一條新途徑。CO2和H2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0

（1）測得甲醇的理論產(chǎn)率與反應(yīng)溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。

①下列措施能使CO2的轉(zhuǎn)化率提高的是____（填序號）。

A．增大壓強 B．升高溫度 C．增大H2投料比 D．用更高效的催化劑

②在220℃、5.0MPa時，CO2、H2的轉(zhuǎn)化率之比為___________。

③將溫度從220℃降低至160℃，壓強從5.0MPa減小至3.0MPa，化學(xué)反應(yīng)速率將_____（填“增大”“減小”或“不變”下同），CO2的轉(zhuǎn)化率將_____。

④200℃時,將0.100 mol CO2和0.275 mol H2充入1 L密閉容器中，在催化劑作用下反應(yīng)達到平衡。若CO2的轉(zhuǎn)化率為25%,，則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=_____________（只用數(shù)字填，不必計算出結(jié)果）。

（2）若H2(g)和CH3OH(l)的燃燒熱分別為-285.8kJ·mol﹣1和-726.5kJ·mol﹣1，則由CO2和H2生成液態(tài)甲醇和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為________________________________。

（3）甲醇電解法制氫氣比電解水法制氫氣的氫的利用率更高、電解電壓更低。電解裝置如圖。

電源的正極為_____（填序號a或b)。其中陽極的電極反應(yīng)式為_________________；標況下，每消耗1mol甲醇則生成H2的體積為____。

Answer 1

【答案】 AC 1∶1 減小 增大 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) △H= -130.9kJ·mol-1 b CH3OH+H2O－6e－=CO2+6H+ 67.2L

【解析】（1）①A.正向是氣體體積減小的反應(yīng)，加壓平衡正向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率提高，故A正確；B.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫有利于平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，故B錯誤；C.增大H2投料比有利于平衡正向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率提高，故C正確；D.使用催化劑平衡不移動，故D錯誤；答案為AC。②根據(jù)圖可知甲醇的理論產(chǎn)率為25%，CO2和H2的投料比為1:3，與反應(yīng)的系數(shù)比一致，所以，CO2、H2的轉(zhuǎn)化率之比相等為1:1。③溫度越低、壓強越小，反應(yīng)速率越小，觀察圖中的數(shù)據(jù)可知，在140℃，2MPa時，甲醇的產(chǎn)率高于25%，所以二氧化碳的轉(zhuǎn)化率高于25%，即二氧碳的轉(zhuǎn)化率增大。④利用三段式計算：

CO2+3H2CH3OH+H2O

起始(mol/L)0.10.27500

轉(zhuǎn)化(mol/L)0.0250.0750.0250.025

平衡(mol/L)0.0750.20.0250.025

所以

（2）由H2（g）的燃燒熱△H為-285.8kJmol-1知，1molH2（g）完全燃燒生成1molH2O（l）放出熱量285.8kJ，即①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；②CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-726.5kJmol-1，由蓋斯定律可知，3×①-②得CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-130.9kJmol-1，故答案為：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-130.9kJmol-1；

（3）根據(jù)產(chǎn)生圖示左邊應(yīng)該是溶液中的氫離子得電子生成氫氣，得出左邊為陰極右邊為陽極，故電源a為負極，b為正極；陽極上發(fā)生甲醇失電子變成二氧化碳的反應(yīng)，結(jié)合酸性電解質(zhì)，故陽極電極反應(yīng)為CH3OH+H2O－6e－=CO2+6H+；每消耗1mol甲醇轉(zhuǎn)移6mol電子，可以生成3mol氫氣，故生成的氫氣為3mol，體積為67.2L。